设计模式之备忘录模式：对象状态的可逆时光机

引言

备忘录模式（Memento Pattern）是一种行为型设计模式，它允许在不破坏封装性的前提下捕获并外部化对象的内部状态，以便后续可以恢复到该状态。这种模式就像为对象提供了一个"时光机"，让我们能够回溯到先前的状态。本文将深入解析备忘录模式的原理、实现方式以及典型应用场景。

1. 备忘录模式的核心概念

1.1 什么是备忘录模式？

备忘录模式通过三个核心角色实现状态保存：

Originator（原发器）：需要保存状态的对象
Memento（备忘录）：存储原发器状态的不可变对象
Caretaker（管理者）：负责保存和管理备忘录

1.2 典型应用场景

撤销/重做功能（如文本编辑器）
游戏存档/读档
事务回滚机制
配置历史记录

2. 备忘录模式的实现方式

2.1 基本结构实现

// 备忘录接口（窄接口，对外隐藏细节）
public interface Memento {// 不暴露任何方法
}// 原发器
class TextEditor {private String content;// 创建备忘录public Memento save() {return new TextMemento(content);}// 恢复状态public void restore(Memento memento) {TextMemento tm = (TextMemento)memento;this.content = tm.getSavedContent();}// 内部备忘录实现private static class TextMemento implements Memento {private final String content;private TextMemento(String content) {this.content = content;}private String getSavedContent() {return content;}}
}// 管理者
class History {private Stack<Memento> stack = new Stack<>();public void push(Memento memento) {stack.push(memento);}public Memento pop() {return stack.pop();}
}

2.2 进阶实现技巧

增量备忘录：只保存变化的部分状态
持久化备忘录：将状态保存到数据库/文件
深拷贝实现：使用序列化实现深度状态保存

3. 备忘录模式的最佳实践

3.1 封装性保护

使用内部类实现备忘录
为备忘录设计窄接口
限制管理者对备忘录内容的访问

3.2 性能优化

大对象考虑使用增量保存
设置历史记录上限
实现懒加载机制

3.3 与其他模式结合

与命令模式实现可撤销操作
与原型模式实现状态克隆
与观察者模式实现状态变更通知

4. 备忘录模式的实际应用

4.1 文档编辑器的撤销功能

// 完整实现示例
class Document {private StringBuilder content = new StringBuilder();private History history = new History();public void write(String text) {history.push(createMemento());content.append(text);}public void undo() {if (history.hasStates()) {restoreFromMemento(history.pop());}}private Memento createMemento() {return new DocumentMemento(content.toString());}private void restoreFromMemento(Memento memento) {DocumentMemento dm = (DocumentMemento)memento;content = new StringBuilder(dm.getState());}private static class DocumentMemento implements Memento {private final String state;private DocumentMemento(String state) {this.state = state;}private String getState() {return state;}}
}class History {private Deque<Memento> states = new ArrayDeque<>();private static final int MAX_HISTORY = 10;public void push(Memento state) {if (states.size() == MAX_HISTORY) {states.removeFirst();}states.push(state);}public Memento pop() {return states.pop();}public boolean hasStates() {return !states.isEmpty();}
}

4.2 游戏角色状态存档

class GameCharacter {private int health;private int level;private Position position;public GameSave save() {return new GameSave(health, level, position.clone());}public void load(GameSave save) {this.health = save.getHealth();this.level = save.getLevel();this.position = save.getPosition().clone();}// 备忘录实现public static class GameSave {private final int health;private final int level;private final Position position;private GameSave(int health, int level, Position position) {this.health = health;this.level = level;this.position = position;}// getters...}
}

4.3 表单数据自动保存

class FormData {private Map<String, Object> fields = new HashMap<>();private SaveManager saveManager = new SaveManager();public void setField(String name, Object value) {saveManager.save(this.createSnapshot());fields.put(name, value);}public void restorePrevious() {FormSnapshot snapshot = saveManager.getLastSnapshot();if (snapshot != null) {this.fields = snapshot.getFields();}}private FormSnapshot createSnapshot() {return new FormSnapshot(new HashMap<>(fields));}private static class FormSnapshot {private final Map<String, Object> fields;private FormSnapshot(Map<String, Object> fields) {this.fields = fields;}private Map<String, Object> getFields() {return new HashMap<>(fields);}}
}